總體電路原理圖設計好后，在KEIL3里用C語言編出相應的程序，程序調試在沒有問題后，接著就對程序進行仿真，總體思路是：由局部到整體。首先進行鍵盤設定溫度值并用數碼管顯示的仿真，再進行DS18B20采集溫度并用數碼管顯示的仿真，這兩個關鍵部分完成后，就進行總體程序的仿真。

將4×4鍵盤的掃描程序編好后，在PROTEUS里進行仿真，發現當我按下某個按鍵時，數碼管的百位，十位，各位顯示的都是那個鍵的值，比如我按下3的時候，這三個位的數碼管都是3，思考了許久，我初步判斷原因可能是是按鍵按下后，因為鍵盤一直處于按下的狀態，而按鍵掃描程序掃描按鍵的速度非常快，以至于我按下一次，鍵盤掃描了好些次，如此想后，我就設定一個標志位，按鍵按下置1，鍵抬起置0，但效果依舊不佳；最后，我在掃描每行鍵的最后都加上一個判斷按鍵是否釋放的程序，如釋放，再讀取鍵值，如此之后，就能正確輸入按鍵的值，比如，我要輸入123，就只需要依次按下1、2、3。

如圖5-1所示，鍵盤設定初值32℃并用數碼管顯示

圖5-1 鍵盤設定溫度32℃仿真

根據DS18B20的時序圖編好程序并在KEIL3里檢查好語法沒有錯誤后，鏈接到PROTEUS里進行仿真。開始在PROTEUS里設定改變溫度的步長為1℃，在軟件里也就相應的將采集到的溫度設置為整數，上下限與這個整數相差為一度。這樣會使誤差加大，之后將仿真的步長改為0.1℃，程序也做出相應的的修改，使實際溫度保留一位小數。仿真能夠獲取實際溫度，這個實際溫度可從DS18B20的仿真模型中設置。如圖5-2所示，PROTEUS仿真溫度采集，獲取當前的環境溫度為28.7℃。

圖5-2 溫度采集仿真

因為實際溫度保留一位小數，在仿真的時候，就出現了一個錯誤，比如，我設定的溫度為28攝氏度時，在正確的情況下，蜂鳴器會在實際溫度小于27℃和大于29℃報警，但是仿真出來的結果是小于27℃時，蜂鳴器報警，但是當溫度大于29℃時蜂鳴器并未報警，直至實際大于30℃時蜂鳴器才會報警。仔細檢查程序后，我發現在讀溫度子程序模塊中，我讀取的是實際溫度的10倍并取整，然后在我將其與實際值比較之前，又讓其除以10，所得值賦給一個整形數，這樣就出現了這樣種情況，比如，我最初測得的實際值是27.8℃，10倍變為278℃，這是為了方便顯示，為了判斷是否報警，我要將其與設定值比較，又設定值是個整形數，因此，將此數縮小10倍，賦給一個整形數后實際溫度就變為27℃。如此實際溫度就當于自減了1℃，故要到實際值為30℃時才能報警。實際溫度比設定小1℃能報警，又是因為，只有實際值比設定值小1℃才會報警，實際溫度等于設定的下限并不會報警，因此，（27.0-27.9）℃賦值給整形數始終是27℃，只有當實際溫度小于27℃時，實際值才會小于下限（設定值28-1），蜂鳴器才會警報。找出問題的所在后，我將設定值擴大10倍，再與實際值的10倍比較，這樣就很好的解決了這個問題。仿真總體完畢。

由上可知，在仿真調試過程中，我遇到了很大的麻煩。在仿真的過程中，有時會感覺程序和硬件都沒有一點問題，但是就是不能實現系統所要實現的功能，因為它不允許軟件和硬件有一點問題，哪怕是細小的一點問題都不允許。舉一個最簡單的例子，就拿數碼管顯示程序的調試仿真來說，PROTEUS 里單片機的I/O口可以直接驅動動態顯示的數碼管，但在實際中卻是不可以的。

因為在PROTEUS中加熱裝置和實際出入大，所以在PROTEUS里進行加熱仿真就是成功也沒有太大的實際意義，所以我只進行了系統中兩個重要部分的軟件仿真，以及這兩部分合起來的一個總體仿真。

仿真結果符合預期后，我就著手實物的制作，將所用到的元件焊接在電路板后，就開始測試系統性能。第一次因為焊接技術不過關，數碼管顯示時好時壞，為了求得個良好的結果，我又重新將元件焊接在另一塊板子上，積累了上次焊接的經驗后，第二次的焊接效果比之前好了很多，數碼管顯示正常。由于是動態顯示，數碼管的亮度不是很高。

加熱裝置我選擇的是PTC加熱器，其功率為120W,很小，只能在比較小的空間內才能進行溫度控制。在實際的試驗中，DS18B20在以此加熱器為圓心，以半徑20CM為圓，高度不超過15CM圓柱范圍內，控制效果良好，誤差較小。以下簡述實際試驗的一些情況。

首先，給單片機上電后，設定溫度為29℃，這個值就是我的期望值了，與此同時，軟件中相應的把系統能容忍的溫度上下限分別定為30℃和28℃，按下溫度的切換鍵，顯示當前溫度為27.6℃，低于溫控系統要求的下限，產生報警。因為實際溫度小于設定溫度，PTC加熱，一小段時間后，警報解除，說明溫度已進入溫度控制系統的上下限之間，又過了一段時間（時間長短由DS18B20離PTC加熱器的距離而變，但當系統穩定后，時間的差異性變小），實際溫度達到29℃，PTC關斷，其余溫使溫度繼續上升，但沒有觸發警報，一段時間后，溫度又降到29度，比29℃稍低一點，PTC就會加熱，因為PTC的加熱很快，冷卻較慢，實際溫度在PTC關斷后，下降超過設定值的幅度很小，即使再小，PTC也會進行加熱，如此循環，經過多次長時間的試驗，實際溫度28.8℃<T<29.8℃，誤差為1℃左右，又由于DS18B20的誤差為±0.5℃，累計的最大誤差為2℃，這個誤差在本系統中是可以容忍的。故本次畢業設計總體來說是成功的。

圖5-3，為本次畢業設計的實物顯示設定溫度

圖5-3 系統運行顯示設定溫度

圖5-4 系統運行顯示實際溫度

無論仿真還是在實際試驗中，本系統都達到了預期的要求。本次畢業設計主要完成的工作有：硬件電路圖設計、軟件編程與仿真調試、硬件制作等。以下是具體的總結：

(1)以AT89C51單片機為核心進行系統設計，輸入通道采用DS18B20芯片，完成溫度的采集以及輸出數字量；輸出通道采用光電耦合器控制雙向可控硅作為開關管理PTC加熱器的通斷。通過雙位控制調節可實現對溫度的自動控制。由于輸入端與輸出端有光電隔離，能夠有效地抑制干擾；

(2)在溫度控制系統中采用雙位控制算法，將單片機的某個口線作為雙位控制器，通過置“0”或置“1”控制輸出通道的通斷。

(3)采用C51進行編程，通用性強。在原理圖設計過程中使用了PROTEUS仿真，這些都節約了設計的時間，而且便于編寫、調試、修改和增刪，系統軟件的編制采用了模塊化的設計方法。

（4）制作硬件的時候采用雙面的焊接板，輔于焊錫膏，焊接可靠，在完成時，用萬用表對焊接件進行“虛焊”與短路測試。減少硬件調試不成功尋找因素的麻煩。

（5）根據溫控空間的大小選擇加熱裝置功率的大小。

（6）使用溫度計對18B20所測得的溫度進行校正，可使結果更接近真實情況。

本系統使用的AT89C51屬于與C51系列兼容的8位單片機，這種單片機共4個I/O口，32根口線，資源較少，運用于較復雜的系統中需要擴展，而且擴展的空間也極為有限。隨著工業的發展，對象的復雜程度不斷加深，雙位控制的缺陷也逐漸暴露出來，而另一方面隨著智能控制如模糊控制、神經網絡控制等先進控制技術的迅速發展，它們與常規PID控制相結合，揚長避短，發揮各自的優勢，形成所謂的智能PID控制。

結合上面的論述，今后還需要做進一步的研究和解決的問題有：

(1)硬件方面，采用性能更優良的單片機對系統的硬件進行重新設計；

(2)控制算法方面，如要用于精確控制，雙位控制不是好的選擇，嘗試采用現在得到快速發展的智能控制方法，如模糊控制、神經網絡控制和模糊PID控制等等；

（3）在按鍵方面，采用4×4鍵盤，占用了I/O口的十二根口線，對于資源本身就少的89C51單片機來說，不是很經濟，在復雜的系統中，按鍵應盡可能少占用I/O口。